直流电动机的构造和工作原理
直流电动机是一种机电能量转换装置,它将电能输入转换为机械能输出。
直流电动机的工作原理是基于这样的原理:当载流导体置于磁场中时,导体上会产生机械力。力的强度由下式给出:
$$\mathrm{F\:=\:BIl\:牛顿}$$
力的方向由弗莱明左手定则给出。
直流电动机的构造
以下是直流电动机的示意图
直流电动机主要由六个部分组成,如下所示
磁轭
直流电动机的外部框架是一个由铸钢或轧制钢制成的空心圆柱体,称为磁轭。磁轭具有以下两个作用:
- 它支撑磁极铁芯并充当机器的保护罩。
- 它为励磁绕组产生的磁通提供路径。
磁场系统
直流电动机的磁场系统是机器的静止部分。它产生电动机中的主磁通。它由若干个安装在磁轭上的磁极铁芯和绕在磁极铁芯上的励磁绕组组成。直流电动机的磁场系统具有突极,即磁极向内突出,每个磁极铁芯都带有具有弯曲表面的磁极靴。磁极靴有两个作用:
- 它支撑励磁线圈。
- 通过增加其横截面积来降低磁路磁阻。
磁极铁芯由彼此绝缘的薄钢片叠压而成,以减少涡流损耗。励磁线圈串联连接,这样当电流流过线圈时,就会产生交替的南北极。
电枢铁芯
直流电动机的电枢铁芯安装在轴上,并在磁极之间旋转。它在其外表面上具有槽,电枢导体放置在这些槽中。电枢铁芯由彼此绝缘并紧紧夹在一起的软钢叠片组成。在小型电机中,叠片直接键接到轴上,而在大型电机中,它们安装在蜘蛛上。叠片电枢铁芯用于减少涡流损耗。
电枢绕组
绝缘导体放入电枢铁芯的槽中。导体适当地连接起来。这种连接的导体布置称为电枢绕组。使用两种类型的电枢绕组:波绕组和叠绕组。
换向器
换向器是一种机械整流器,它将来自直流电源的直流输入转换为电枢绕组中的交流电。换向器由楔形铜片组成,这些铜片彼此绝缘,并通过云母片与轴绝缘。换向器的每个片都连接到电枢线圈的两端。
电刷
电刷安装在换向器上,用于将来自直流电源的电流注入电枢绕组。电刷由碳制成,并由称为电刷架的金属盒支撑。电刷对换向器的压力通过弹簧进行调节并保持在恒定值。电流从外部直流电源流经碳刷和换向器到电枢绕组。
直流电动机的工作原理
考虑图中所示的两极直流电动机。当直流电动机连接到外部直流电源时,励磁线圈被励磁,产生交替的 N 极和 S 极,电流流过电枢绕组。
N 极下的所有电枢导体都以一个方向(例如进入纸面)承载电流,而 S 极下的所有导体都以相反的方向(例如从纸面出来)承载电流。由于每个导体都承载电流并置于磁场中,因此在其上会产生机械力。
应用弗莱明左手定则,可以看出每个导体上的力都倾向于使电枢沿逆时针方向运动。所有导体的力加在一起产生一个转矩,使电枢旋转。当导体从一个电刷的一侧移动到另一侧时,导体中的电流反向,并且同时它受到下一个极性相反的磁极的影响。因此,导体上的力方向保持不变。因此,电动机以相同的方向旋转。